一种粉末喷注压降和速度无级调控的方法与装置

1.本发明属于粉末喷注技术领域，特别涉及一种粉末喷注压降和速度无级调控的方法与装置。


背景技术：

2.粉末燃料由于热值和体积能量密度高，广泛应用于粉末火箭发动机、粉末冲压发动机和固体粉末组合冲压发动机等航天动力系统中。在发动机燃烧室中，粉末燃料往往通过流化气体以一定的喷注压降和速度喷射进入燃烧室中，进而组织高效稳定的燃烧。当喷注压降或喷注速度过低时，火焰容易回传至喷嘴中，造成喷嘴烧蚀、堵塞，甚至火焰回传至粉末供给系统引发爆炸。而当喷注速度过高时，火焰可能被吹熄，使得发动机无法成功点火或工作中止而失败。特别是，发动机点火或者推力调节过程中，燃烧室压强往往发生数倍至十数倍的变化，进而造成喷注压降和喷注速度远远偏离稳定燃烧条件，可能造成上述回火、点火失败或熄火等问题。
3.目前，常用的粉末喷注器多为固定面积的单孔或者环形结构，为了优先确保点火启动成功，其低压条件下喷注压降和喷注速度接近设计点，导致其高压条件下喷注压降和速度远低于设计点，易造成喷嘴回火或其他安全性问题。因此，亟需开发一种可对喷注压降和喷注速度进行主动调节的方法与装置，以确保喷注压降和喷注速度始终处于设计点，进而避免发动机点火和推力调节过程中发生上述安全性问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种粉末喷注压降和速度无级调控的方法与装置，以解决采用现有的粉末喷注器喷注燃料时，在发动机点火和推力调节过程中易发生喷嘴回火，存在安全隐患的技术问题。
5.本发明所采用的技术方案是，一种粉末喷注压降和速度无级调控的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
6.步骤一：依据气相流量和目标喷注速度，估算针栓式粉末喷注器的初始针栓开度，同时将目标喷注速度转换为目标喷注压降；
7.步骤二：向电机控制模块发出动作行程，以通过电机控制模块依次控制电机和针栓移动，直至针栓移动到对应的针栓开度达到所述初始针栓开度；
8.步骤三：获取压差传感器测量的所述针栓式粉末喷注器在工作状态时上、下游的喷注压降实际值；
9.步骤四：对所述喷注压降实际值与所述目标喷注压降进行差分运算，然后依据差分运算结果向电机控制模块发送调节行程，以使电机带动针栓再次移动；
10.步骤五：反复执行步骤三和步骤四，直至喷注压降实际值与目标喷注压降的差值小于设定的误差。
11.进一步地，步骤一中所述估算针栓式粉末喷注器的初始针栓开度时，假设针栓式
粉末喷注器的粉末出口处于均相流状态，估算针栓式粉末喷注器的初始针栓开度的计算过程为：
12.先采用下式[1]计算针栓式粉末喷注器所需的初始喷注面积a
j0
；
[0013]aj0
＝q
m,g
/(ρgv
js
)
ꢀꢀ
[1]；
[0014]
式[1]中：q
m,g
为气相流量；ρg为粉末喷注器出口处的气体密度，可根据粉末喷注器出口压力求出；v
js
为粉末目标喷注速度，均相流状态条件下等于气相喷注速度；
[0015]
然后根据针栓式粉末喷注器的几何结构，建立针栓式粉末喷注器的喷注面积与针栓开度的函数关系式，将式[1]计算得到的初始喷注面积a
j0
代入该函数关系式，求解得到初始针栓开度。
[0016]
进一步地，步骤一中所述将目标喷注速度转换为目标喷注压降时，通过喷注器喷注动力学模型进行转换；
[0017]
所述喷注器喷注动力学模型如下式[2]所示：
[0018][0019]
式[2]中：δpj为目标喷注压降；q
m,s
为粉末流量；a0为粉末喷注器入口面积；δps为沿程压降，可通过下式[3]计算；δp
*
为局部压降，可通过下式[4]计算；
[0020]
所述式[3]为：
[0021][0022]
式[3]中：fr为弗劳德数，其中：v为气流速度，ρ
p
为粉末颗粒材料密度，g为重力加速度，d
p
为粉末颗粒直径；m为粉末颗粒和流化气质量流量比；l为喷注器粉末流道长度，与喷注器几何结构有关；d为喷注器粉末流道通流截面的水力直径，与喷注器几何结构有关；
[0023]
所述式[4]为：
[0024][0025]
式[4]中：ξ为局部损失系数；εu为粉末与气相速度比。
[0026]
本发明还提供了一种实现上述方法的粉末喷注压降和速度无级调控的装置，其特殊之处在于：
[0027]
包括计算机；
[0028]
所述计算机用于执行权利要求1所述方法。
[0029]
进一步地，该装置还包括针栓式粉末喷注器、压差传感器以及电机控制模块；
[0030]
所述针栓式粉末喷注器包括电机、与电机输出轴连接的针栓、以及套装在针栓上与针栓滑动连接的壳体；所述针栓可在电机的带动下在壳体内伸缩移动，用以调整针栓式粉末喷注器的针栓开度，进而改变喷注面积；在所述针栓式粉末喷注器的粉末入口或向其输送粉末的上游管路的出口端设置有第一测压口；在所述针栓式粉末喷注器的粉末出口或与其连接的相邻下游装置上设置有第二测压口；
[0031]
所述压差传感器的两个压力输入接口分别与第一测压口和第二测压口连接，所述
压差传感器的输出端与所述计算机连接；所述压差传感器用于测量针栓式粉末喷注器在工作状态时上、下游的喷注压降实际值，并将该喷注压降实际值传输给计算机；
[0032]
所述电机控制模块用于控制电机运动；
[0033]
所述计算机与电机控制模块连接。
[0034]
进一步地，为了结构简单，并且能非常方便地对针栓开度进行调节，进而实现喷注面积调节，所述电机连接在针栓的一端端部；
[0035]
所述壳体套装在针栓的另一端上，与针栓之间形成沿针栓轴向延伸的环形粉末流道；壳体靠近电机的一端与针栓密封滑动连接，形成封闭端；壳体远离电机的另一端为所述针栓式粉末喷注器的粉末出口，且壳体内表面位于针栓式粉末喷注器粉末出口一端的端部为由端头向内渐缩的第一锥台状，针栓位于针栓式粉末喷注器粉末出口一端的端部为与所述第一锥台状相适配的由端头向内渐缩的第二锥台状；所述电机带动针栓在壳体内伸缩移动，通过改变第二锥台与第一锥台沿轴向的相对位置，对针栓式粉末喷注器的针栓开度进行调节；
[0036]
在靠近所述封闭端的壳体侧面上设置有与所述环形粉末流道相通的粉末入口流道，该粉末入口流道与外部连通的一端即为所述针栓式粉末喷注器的粉末入口。
[0037]
进一步地，为了使针栓式粉末喷注器适用于流动性相对液体较差的粉末的喷注，定义所述环形粉末流道中位于第一锥台与第二锥台之间的粉末流道为所述环形粉末流道的锥环扩张段；
[0038]
所述环形粉末流道还包括收敛段和等直环管段；所述收敛段、等直环管段以及锥环扩张段按粉末流向依次排布；
[0039]
所述收敛段对应的壳体内表面的形状为第一圆柱和第三锥台按粉末流向依次排布，且第三锥台的大端靠近第一圆柱，与第一圆柱共用相邻底面组成而成的形状；所述等直环管段对应的壳体内表面的形状为第二圆柱状；所述第三锥台的小端端面、第二圆柱以及第一锥台的小端端面的直径尺寸均相等；
[0040]
位于所述收敛段和等直环管段的针栓直径相等，且其等于所述第二锥台的小端端面的直径尺寸。
[0041]
环形粉末流道这样设置，由于有收敛段的存在，粉末流动实现平缓过渡；由于有等直环管段存在，可以保证粉末流动的稳定性。
[0042]
进一步地，所述粉末入口流道的轴线与针栓的轴线异面垂直，且粉末入口流道的轴线在垂直于针栓轴线的平面内向远离针栓方向平移与粉末入口流道横截面半径尺寸相等的距离后，与所述第一圆柱面相切。这样设置，粉末以切向旋流方式进入环形粉末流道，避免了环形粉末流道内粉末周向分布不均的现象。
[0043]
进一步地，为了使粉末流动实现更平缓的过渡，所述第三锥台的锥度为45
°±
10
°
。
[0044]
进一步地，为了防止型面突变造成粉末沙丘状沉积，提升气固两相流动的稳定性，所述等直环管段沿针栓轴向的长度为100mm
±
50mm；
[0045]
所述锥环扩张段对应的两锥面在垂直于针栓轴线方向上的初始距离等于所述等直环管段对应的两圆柱面在垂直于针栓轴线方向上的初始距离。
[0046]
本发明的有益效果是：
[0047]
(1)本发明中的针栓式粉末喷注器的针栓开度可实时无级调控，进而可以实现对
喷注面积的实时无级调控；喷注过程中，可以依据需要的气相流量和目标喷注速度，实时调节针栓开度，进而获得目标喷注速度对应的目标喷注压降，保证喷注过程中喷注压降和喷注速度始终处于设计点，避免在发动机点火和推力调节过程中发生喷嘴回火等安全问题；因此，本发明解决了采用现有的粉末喷注器喷注燃料时，在发动机点火和推力调节过程中易发生喷嘴回火，存在安全隐患的技术问题。采用本发明的粉末喷注压降和速度无级调控的方法与装置，可以保障发动机稳定工作和推力高效调节。
[0048]
(2)本发明中基于负反馈原理，先对针栓开度预调，接着对获取到的压差传感器测量的喷注压降实际值与目标喷注压降进行差分运算，依据差分运算结果，再对针栓开度进行精调，可将喷注压降精度控制在
±
2.5％内，实现对喷注压降和喷注速度高精度的控制。
[0049]
(3)本发明中基于初始针栓开度预估，也即初始喷注面积预估及两相喷注器喷注动力学模型，对针栓开度预调；然后基于负反馈原理，再对针栓开度进行精调；预调加精调组合的调控方法，大幅度提升了针栓式粉末喷注器的调节速度。
[0050]
(4)本发明中提供了一种喷注面积可无级调节的针栓式粉末喷注器构型，并且该针栓式粉末喷注器的环形粉末流道构型更适用于流动性相对液体较差的粉末的喷注，还给出了该环形粉末流道的相关优化参数。
附图说明
[0051]
图1是采用本发明方法与装置对粉末喷注压降和速度无级调控的实施例的系统原理图；
[0052]
图2是本发明实施例中针栓式粉末喷注器的结构示意图；
[0053]
图3是沿图2中a-a线的断面图；
[0054]
图4是本发明实施例中针栓式粉末喷注器流道内粉末分布状态示意图；
[0055]
图5是本发明实施例中针栓式粉末喷注器流道内静压变化曲线示意图；
[0056]
图6是采用本发明方法与装置对粉末喷注压降和速度无级调控时，粉末流量由小流量转调为大流量过程中，目标喷注压降和喷注压降实际值随时间的变化曲线；
[0057]
图7是采用本发明方法与装置对粉末喷注压降和速度无级调控时，针栓式粉末喷注器的粉末喷注图像，其中：
[0058]
(a)：粉末流量为小流量；
[0059]
(b)：粉末流量为大流量。
[0060]
图中各标号的说明如下：
[0061]
1-针栓式粉末喷注器，11-电机，12-针栓，13-壳体，14-环形粉末流道，141-收敛段，142-等直环管段，143-锥环扩张段，15-粉末入口流道，2-压差传感器，3-数据采集模块，4-电机控制模块，5-计算机。
具体实施方式
[0062]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0063]
参见图1和图2，本发明一种粉末喷注压降和速度无级调控的方法，包括以下步骤：
[0064]
步骤一：依据气相流量和目标喷注速度，估算针栓式粉末喷注器1的初始针栓开度，同时将目标喷注速度转换为目标喷注压降；
[0065]
步骤二：向电机控制模块4发出动作行程，以通过电机控制模块4依次控制电机11和针栓12移动，直至针栓12移动到对应的针栓开度达到上述初始针栓开度；
[0066]
步骤三：获取压差传感器2测量的上述针栓式粉末喷注器1在工作状态时上、下游的喷注压降实际值；
[0067]
步骤四：对上述喷注压降实际值与上述目标喷注压降进行差分运算，然后依据差分运算结果向电机控制模块4发送调节行程，以使电机11带动针栓12再次移动；
[0068]
步骤五：反复执行步骤三和步骤四，直至喷注压降实际值与目标喷注压降的差值小于设定的误差。
[0069]
喷注过程中，当需要对发动机推力进行调节时，返回步骤一，依据发动机推力调节后对应的气相流量和目标喷注速度，再次执行步骤一至步骤五即可。
[0070]
上述步骤一中估算针栓式粉末喷注器1的初始针栓开度时，假设针栓式粉末喷注器1的粉末出口处于均相流状态，估算针栓式粉末喷注器1的初始针栓开度的计算过程为：
[0071]
先采用下式[1]计算针栓式粉末喷注器1所需的初始喷注面积a
j0
；
[0072]aj0
＝q
m,g
/(ρgv
js
)
ꢀꢀ
[1]；
[0073]
式[1]中：q
m,g
为气相流量；ρg为粉末喷注器出口处的气体密度，可根据粉末喷注器出口压力求出；v
js
为粉末目标喷注速度，均相流状态条件下等于气相喷注速度；
[0074]
然后根据针栓式粉末喷注器1的几何结构，建立针栓式粉末喷注器1的喷注面积与针栓开度的函数关系式，将式[1]计算得到的初始喷注面积a
j0
代入该函数关系式，求解得到初始针栓开度。除了本实施例的建立针栓式粉末喷注器1的喷注面积与针栓开度的函数关系式外，也可以将针栓开度直接用电机行程取代，建立针栓式粉末喷注器1的喷注面积与电机行程的函数关系式。
[0075]
上述步骤一中将目标喷注速度转换为目标喷注压降时，通过喷注器喷注动力学模型进行转换；
[0076]
上述喷注器喷注动力学模型如下式[2]所示：
[0077][0078]
式[2]中：δpj为目标喷注压降；q
m,s
为粉末流量；a0为粉末喷注器入口面积；δps为沿程压降，可通过下式[3]计算；δp
*
为局部压降，可通过下式[4]计算；
[0079]
上述式[3]为：
[0080][0081]
式[3]中：fr为弗劳德数，其中：v为气流速度，ρ
p
为粉末颗粒材料密度，g为重力加速度，d
p
为粉末颗粒直径；m为粉末颗粒和流化气质量流量比；l为喷注器粉末流道长度，与喷注器几何结构有关；d为喷注器粉末流道通流截面的水力直径，与喷注器几何结构有关；
[0082]
上述式[4]为：
[0083]
[0084]
式[4]中：ξ为局部损失系数；εu为粉末与气相速度比。
[0085]
具体计算时，上述式[3]中的气流速度v，等于气体体积流量和粉末流道的横截面之比。具体到本发明提供的下述环形粉末流道14的构型，上述气流速度v近似等于气体体积流量和等直环管段142的横截面积之比；上述l近似等于等直环管段142的长度；上述d近似等于等直环管段142通流截面的水力直径。
[0086]
参见图1和图2，本发明还提供了一种实现上述方法的粉末喷注压降和速度无级调控的装置。该装置包括计算机5；计算机5用于执行上述方法。本实施例中，该装置除了包括计算机5外，还包括针栓式粉末喷注器1、压差传感器2以及电机控制模块4。
[0087]
参见图2，上述针栓式粉末喷注器1包括电机11、与电机11输出轴连接的针栓12、以及套装在针栓12上与针栓12滑动连接的壳体13；上述针栓12可在电机11的带动下在壳体13内伸缩移动，用以调整针栓式粉末喷注器1的针栓开度，进而改变喷注面积；为了节约空间，本实施例优选地上述电机11为微型步进电机；在上述针栓式粉末喷注器1的粉末入口或向其输送粉末的上游管路的出口端设置有第一测压口；在上述针栓式粉末喷注器1的粉末出口或与其连接的相邻下游装置上设置有第二测压口。参见图1，上述压差传感器2的两个压力输入接口分别与第一测压口和第二测压口连接，上述压差传感器2的输出端与上述计算机5连接；上述压差传感器2用于测量针栓式粉末喷注器1在工作状态时上、下游的喷注压降实际值，并将该喷注压降实际值传输给计算机5；本实施例中，压差传感器2将喷注压降实际值传输给计算机5时，经数据采集模块3传输，且数据采集模块3集成在计算机5上；数据采集模块3除了按本实施例集成在计算机5上外，也可以为独立外置模块。上述电机控制模块4用于控制电机11运动；上述计算机5与电机控制模块4连接。
[0088]
为了结构简单，并且能非常方便地对针栓开度进行调节，进而实现喷注面积调节，参见图2，本实施例中的针栓式粉末喷注器1的结构优选地为上述电机11连接在针栓12的一端端部；上述壳体13套装在针栓12的另一端上，与针栓12之间形成沿针栓12轴向延伸的环形粉末流道14；壳体13靠近电机11的一端与针栓12密封滑动连接，形成封闭端；壳体13远离电机11的另一端为上述针栓式粉末喷注器1的粉末出口，且壳体13内表面位于针栓式粉末喷注器1粉末出口一端的端部为由端头向内渐缩的第一锥台状，针栓12位于针栓式粉末喷注器1粉末出口一端的端部为与上述第一锥台状相适配的由端头向内渐缩的第二锥台状；上述电机11带动针栓12在壳体13内伸缩移动，通过改变第二锥台与第一锥台沿轴向的相对位置，对针栓式粉末喷注器1的针栓开度进行调节；在靠近上述封闭端的壳体13侧面上设置有与上述环形粉末流道14相通的粉末入口流道15，该粉末入口流道15与外部连通的一端即为上述针栓式粉末喷注器1的粉末入口。
[0089]
相比于气体或者液体，气固两相流体流动更加复杂，颗粒在流道内容易分布不均或局部沉积。为了使针栓式粉末喷注器1适用于流动性相对液体较差的粉末的喷注，参见图2，定义上述环形粉末流道14中位于第一锥台与第二锥台之间的粉末流道为上述环形粉末流道14的锥环扩张段143；上述环形粉末流道14除了包括锥环扩张段143外，优选地上述环形粉末流道14还包括收敛段141和等直环管段142；上述收敛段141、等直环管段142以及锥环扩张段143按粉末流向依次排布；上述收敛段141对应的壳体13内表面的形状为第一圆柱和第三锥台按粉末流向依次排布，且第三锥台的大端靠近第一圆柱，与第一圆柱共用相邻底面组成而成的形状；上述等直环管段142对应的壳体13内表面的形状为第二圆柱状；上述
第三锥台的小端端面、第二圆柱以及第一锥台的小端端面的直径尺寸均相等；位于上述收敛段141和等直环管段142的针栓12直径相等，且其等于上述第二锥台的小端端面的直径尺寸。环形粉末流道14这样设置，由于有收敛段141的存在，粉末流动实现平缓过渡；由于有等直环管段142存在，可以保证粉末流动的稳定性。
[0090]
为了避免粉末进入环形粉末流道14后，粉末周向分布不均的现象，参见图3，本实施例中，上述粉末入口流道15的轴线与针栓12的轴线异面垂直，且粉末入口流道15的轴线在垂直于针栓12轴线的平面内向远离针栓12方向平移与粉末入口流道15横截面半径尺寸相等的距离后，与上述第一圆柱面相切。这样设置，粉末以切向旋流方式进入环形粉末流道14，避免了环形粉末流道14内粉末周向分布不均的现象。
[0091]
参见图2，上述第三锥台的锥度优选地为45
°±
10
°
，本实施例取45
°
，这样设置，可以保证粉末流动的平缓过渡。本实施例中上述等直环管段142按气固两相均相流条件设计，以保证两相流动的均匀性；并且等直环管段142沿针栓12轴向的长度优选地为100mm
±
50mm，本实施例取100mm，等直环管段142的长度足够长，可以保证流动的稳定性，但过长会造成能源浪费。为了防止型面突变造成粉末沙丘状沉积，提升气固两相流动的稳定性，本实施例优选地上述锥环扩张段143对应的两锥面在垂直于针栓12轴线方向上的初始距离等于上述等直环管段142对应的两圆柱面在垂直于针栓12轴线方向上的初始距离。
[0092]
本发明实施例中针对粉末喷注特别设计的针栓式粉末喷注器1，通过数值模拟方法计算了设计的针栓式粉末喷注器1流道内稠密气固两相的流动特性，其流道内粉末分布状态示意图，参见图4；其流道内静压变化曲线示意图，参见图5。从图4和图5可以看出，粉末颗粒在流道内分布均匀，静压过渡平缓，可以保证粉末流动的稳定性。
[0093]
采用本发明方法与装置可以成功实现粉末流量调节过程中喷注压降和喷注速度的控制，图6是采用本发明方法与装置对粉末喷注压降和速度无级调控时，粉末流量由小流量转调为大流量过程中，目标喷注压降和喷注压降实际值随时间的变化曲线。从图6可以看出，小流量条件下喷注压降为0.137mpa，大流量条件下喷注压降为0.535mpa，喷注压降的波动相对幅度不超过
±
2.5％，可充分满足喷注参数的调控精度。图7是采用本发明方法与装置对粉末喷注压降和速度无级调控时，针栓式粉末喷注器的粉末喷注图像，其中，(a)：粉末流量为小流量；(b)：粉末流量为大流量。
[0094]
采用本发明的粉末喷注压降和速度无级调控的方法与装置，可以对喷注压降和喷注速度实时无级调控，使喷注过程中的喷注压降和喷注速度始终处于设计点，可以避免在发动机点火和推力调节过程中发生喷嘴回火等安全问题，进而可以保障发动机稳定工作和推力高效调节。

技术特征：
1.一种粉末喷注压降和速度无级调控的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：依据气相流量和目标喷注速度，估算针栓式粉末喷注器(1)的初始针栓开度，同时将目标喷注速度转换为目标喷注压降；步骤二：向电机控制模块(4)发出动作行程，以通过电机控制模块(4)依次控制电机(11)和针栓(12)移动，直至针栓(12)移动到对应的针栓开度达到所述初始针栓开度；步骤三：获取压差传感器(2)测量的所述针栓式粉末喷注器(1)在工作状态时上、下游的喷注压降实际值；步骤四：对所述喷注压降实际值与所述目标喷注压降进行差分运算，然后依据差分运算结果向电机控制模块(4)发送调节行程，以使电机(11)带动针栓(12)再次移动；步骤五：反复执行步骤三和步骤四，直至喷注压降实际值与目标喷注压降的差值小于设定的误差。2.根据权利要求1所述的粉末喷注压降和速度无级调控的方法，其特征在于：步骤一中所述估算针栓式粉末喷注器(1)的初始针栓开度时，假设针栓式粉末喷注器(1)的粉末出口处于均相流状态，估算针栓式粉末喷注器(1)的初始针栓开度的计算过程为：先采用下式[1]计算针栓式粉末喷注器(1)所需的初始喷注面积a
j0
；a
j0
＝q
m,g
/(ρ
g
v
js
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[1]；式[1]中：q
m,g
为气相流量；ρ
g
为粉末喷注器出口处的气体密度，可根据粉末喷注器出口压力求出；v
js
为粉末目标喷注速度，均相流状态条件下等于气相喷注速度；然后根据针栓式粉末喷注器(1)的几何结构，建立针栓式粉末喷注器(1)的喷注面积与针栓开度的函数关系式，将式[1]计算得到的初始喷注面积a
j0
代入该函数关系式，求解得到初始针栓开度。3.根据权利要求2所述的粉末喷注压降和速度无级调控的方法，其特征在于：步骤一中所述将目标喷注速度转换为目标喷注压降时，通过喷注器喷注动力学模型进行转换；所述喷注器喷注动力学模型如下式[2]所示：式[2]中：δp
j
为目标喷注压降；q
m,s
为粉末流量；a0为粉末喷注器入口面积；δp
s
为沿程压降，可通过下式[3]计算；δp
*
为局部压降，可通过下式[4]计算；所述式[3]为：式[3]中：fr为弗劳德数，其中：v为气流速度，ρ
p
为粉末颗粒材料密度，g为重力加速度，d
p
为粉末颗粒直径；m为粉末颗粒和流化气质量流量比；l为喷注器粉末流道长度，与喷注器几何结构有关；d为喷注器粉末流道通流截面的水力直径，与喷注器几何结构有关；
所述式[4]为：式[4]中：ξ为局部损失系数；ε
u
为粉末与气相速度比。4.一种实现权利要求1所述方法的粉末喷注压降和速度无级调控的装置，其特征在于：包括计算机(5)；所述计算机(5)用于执行权利要求1所述方法。5.根据权利要求4所述的粉末喷注压降和速度无级调控的装置，其特征在于：还包括针栓式粉末喷注器(1)、压差传感器(2)以及电机控制模块(4)；所述针栓式粉末喷注器(1)包括电机(11)、与电机(11)输出轴连接的针栓(12)、以及套装在针栓(12)上与针栓(12)滑动连接的壳体(13)；所述针栓(12)可在电机(11)的带动下在壳体(13)内伸缩移动，用以调整针栓式粉末喷注器(1)的针栓开度，进而改变喷注面积；在所述针栓式粉末喷注器(1)的粉末入口或向其输送粉末的上游管路的出口端设置有第一测压口；在所述针栓式粉末喷注器(1)的粉末出口或与其连接的相邻下游装置上设置有第二测压口；所述压差传感器(2)的两个压力输入接口分别与第一测压口和第二测压口连接，所述压差传感器(2)的输出端与所述计算机(5)连接；所述压差传感器(2)用于测量针栓式粉末喷注器(1)在工作状态时上、下游的喷注压降实际值，并将该喷注压降实际值传输给计算机(5)；所述电机控制模块(4)用于控制电机(11)运动；所述计算机(5)与电机控制模块(4)连接。6.根据权利要求5所述的粉末喷注压降和速度无级调控的装置，其特征在于：所述电机(11)连接在针栓(12)的一端端部；所述壳体(13)套装在针栓(12)的另一端上，与针栓(12)之间形成沿针栓(12)轴向延伸的环形粉末流道(14)；壳体(13)靠近电机(11)的一端与针栓(12)密封滑动连接，形成封闭端；壳体(13)远离电机(11)的另一端为所述针栓式粉末喷注器(1)的粉末出口，且壳体(13)内表面位于针栓式粉末喷注器(1)粉末出口一端的端部为由端头向内渐缩的第一锥台状，针栓(12)位于针栓式粉末喷注器(1)粉末出口一端的端部为与所述第一锥台状相适配的由端头向内渐缩的第二锥台状；所述电机(11)带动针栓(12)在壳体(13)内伸缩移动，通过改变第二锥台与第一锥台沿轴向的相对位置，对针栓式粉末喷注器(1)的针栓开度进行调节；在靠近所述封闭端的壳体(13)侧面上设置有与所述环形粉末流道(14)相通的粉末入口流道(15)，该粉末入口流道(15)与外部连通的一端即为所述针栓式粉末喷注器(1)的粉末入口。7.根据权利要求6所述的粉末喷注压降和速度无级调控的装置，其特征在于：定义所述环形粉末流道(14)中位于第一锥台与第二锥台之间的粉末流道为所述环形粉末流道(14)的锥环扩张段(143)；所述环形粉末流道(14)还包括收敛段(141)和等直环管段(142)；所述收敛段(141)、等直环管段(142)以及锥环扩张段(143)按粉末流向依次排布；所述收敛段(141)对应的壳体(13)内表面的形状为第一圆柱和第三锥台按粉末流向依次排布，且第三锥台的大端靠近第一圆柱，与第一圆柱共用相邻底面组成而成的形状；所述
等直环管段(142)对应的壳体(13)内表面的形状为第二圆柱状；所述第三锥台的小端端面、第二圆柱以及第一锥台的小端端面的直径尺寸均相等；位于所述收敛段(141)和等直环管段(142)的针栓(12)直径相等，且其等于所述第二锥台的小端端面的直径尺寸。8.根据权利要求7所述的粉末喷注压降和速度无级调控的装置，其特征在于：所述粉末入口流道(15)的轴线与针栓(12)的轴线异面垂直，且粉末入口流道(15)的轴线在垂直于针栓(12)轴线的平面内向远离针栓(12)方向平移与粉末入口流道(15)横截面半径尺寸相等的距离后，与所述第一圆柱面相切。9.根据权利要求7所述的粉末喷注压降和速度无级调控的装置，其特征在于：所述第三锥台的锥度为45
°±
10
°
。10.根据权利要求7所述的粉末喷注压降和速度无级调控的装置，其特征在于：所述等直环管段(142)沿针栓(12)轴向的长度为100mm
±
50mm；所述锥环扩张段(143)对应的两锥面在垂直于针栓(12)轴线方向上的初始距离等于所述等直环管段(142)对应的两圆柱面在垂直于针栓(12)轴线方向上的初始距离。

技术总结
本发明属于粉末喷注技术领域，特别涉及一种粉末喷注压降和速度无级调控的方法与装置，解决了现有喷注器喷注时，在发动机点火和推力调节过程中易发生喷嘴回火的问题。该方法包括以下步骤：步骤一：估算针栓式粉末喷注器的初始针栓开度，并将目标喷注速度转换为目标喷注压降；步骤二：控制电机和针栓移动，直至针栓移动到对应的针栓开度达到初始针栓开度；步骤三：获取针栓式粉末喷注器在工作状态时上、下游的喷注压降实际值；步骤四：对喷注压降实际值与目标喷注压降差分运算，依据差分运算结果向电机控制模块发送调节行程，以使电机带动针栓再次移动；步骤五：反复执行步骤三和步骤四，直至喷注压降实际值与目标喷注压降的差值小于设定误差。于设定误差。于设定误差。


技术研发人员：胡加明 胡颖 杨建刚 李俊杰 魏荣刚 胡春波 李超
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/6/27